kj693煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、KJ693頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二零一六年一月目錄1系統(tǒng)概述11.1系統(tǒng)現(xiàn)狀11.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)11.2.1設(shè)計(jì)原則11.2.2 設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)21.3 系統(tǒng)組成22 監(jiān)測方案92.1 工作面生產(chǎn)條件92.2監(jiān)測內(nèi)容92.3 系統(tǒng)要求92.3.1 礦壓觀測硬件要求92.3.2 礦壓觀測軟件要求102.4 監(jiān)測方法102.5測點(diǎn)布置113 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)114 地面中心站功能114.1 軟件運(yùn)行環(huán)境114.2 數(shù)據(jù)采集功能114.3 軟件專家分析模塊功能12KJ693煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)1系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)現(xiàn)狀KJ693頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面液壓支架、錨索（桿）載荷、頂板離層

2、、煤巖體應(yīng)力、巷道表面位移情況在線監(jiān)測，形成監(jiān)測報(bào)表、各種曲線、圖譜，并提供大量歷史數(shù)據(jù)供專家分析該監(jiān)測地點(diǎn)或工作面的頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律。頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析模塊能對(duì)礦井頂板災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，并提出相對(duì)應(yīng)的措施供決策參考，能夠依據(jù)工作面內(nèi)支架的工作阻力變化規(guī)律,評(píng)價(jià)支架的支護(hù)效果。系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和傳感器技術(shù)融為一體。實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下對(duì)煤礦頂板的自動(dòng)監(jiān)測和分析。KJ693頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由重慶煤科院自主研發(fā)，系統(tǒng)自配套能力強(qiáng)，監(jiān)控系統(tǒng)的各主要設(shè)備及監(jiān)控軟件均由重慶研究院一家研制、生產(chǎn)。系統(tǒng)監(jiān)測與分析模塊化開發(fā)，用戶可根據(jù)需要配置。產(chǎn)品性價(jià)比高，售后服務(wù)有保障，能很好的控制監(jiān)控系統(tǒng)總體質(zhì)

3、量和性能，控制產(chǎn)品的生產(chǎn)加工周期，對(duì)日后產(chǎn)品的升級(jí)換代提供可靠保障。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)1.2.1設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和選型遵循如下原則：先進(jìn)性：系統(tǒng)硬件應(yīng)具有先進(jìn)性,避免短期內(nèi)因技術(shù)陳舊造成整個(gè)系統(tǒng)性能不高或者過早淘汰?？煽啃裕涸诔浞挚紤]先進(jìn)性的同時(shí),硬件系統(tǒng)應(yīng)立足于用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的具體需求，應(yīng)優(yōu)先選擇先進(jìn)、適用、成熟技術(shù)， 最大限度地發(fā)揮投資效益。開放性：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)選擇和相關(guān)產(chǎn)品的選擇要以先進(jìn)性和適用性為基礎(chǔ),同時(shí)考慮兼容性。兼容性：系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選擇根據(jù)已有國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,避免因兼容性差造成系統(tǒng)難以升級(jí)或拓展?？蓴U(kuò)充性：系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)規(guī)模

4、擴(kuò)展時(shí)，不需較大的改造，增加相應(yīng)的模塊即可。1.2.2 設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2887-2000 計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范GB 3836.12010 爆炸性環(huán)境 第1部分：設(shè)備 通用要求GB 3836.22010 爆炸性環(huán)境 第2部分：由隔爆外殼“d”保護(hù)的設(shè)備GB 3836.42010 爆炸性環(huán)境 第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備GB/T 5080.1-1986 設(shè)備可靠性試驗(yàn) 總要求 AQ 6201-2006 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求MT 286-92 煤礦通信、自動(dòng)化產(chǎn)品型號(hào)編制方法和管理辦法MT/T 1004-2006 煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件1.3 系統(tǒng)組成該系統(tǒng)主要由

5、主機(jī)、礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、傳輸接口、分站、電源箱、傳感器、電纜、光纜、接線盒、避雷器和其他必要設(shè)備組成，主要特點(diǎn)是采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可涵蓋全礦井多類型礦壓參數(shù)監(jiān)測。主要監(jiān)測參數(shù)為：液壓支架工作阻力監(jiān)測、錨桿拉力監(jiān)測、頂板離層位移監(jiān)測等。13圖1 KJ693煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)框圖1、井下防爆交換機(jī)由中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司生產(chǎn)。中心交換機(jī)采用德國HIRSCHMANN生產(chǎn)RS20-0800S2S2SDAEHC 100M交換機(jī)采用工業(yè)級(jí)元器件和專門設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品的高可靠性。1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：自愈環(huán)網(wǎng)，環(huán)間耦合2）能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的工作環(huán)境。本產(chǎn)品組網(wǎng)十分靈活，可組成超級(jí)光纖自愈環(huán)網(wǎng)、超級(jí)以太網(wǎng)自

6、愈環(huán)網(wǎng)，方便了用戶的使用。上聯(lián)冗余的1000Mbit/s端口，利用上聯(lián)冗余接口，可以組成自愈環(huán)網(wǎng)。提高系統(tǒng)可靠性。3）具有先進(jìn)的自愈功能，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中某處出現(xiàn)故障時(shí)，通訊數(shù)據(jù)能夠快速切換到備用網(wǎng)絡(luò)上，保證網(wǎng)絡(luò)通訊正常，自愈時(shí)間小于50ms。4）支持電口自動(dòng)協(xié)商功能，無需配置，可自動(dòng)與對(duì)端電口設(shè)置保持一致。5）具有基于WEB的網(wǎng)管系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，方便管理和維護(hù)，監(jiān)視端口運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)流通情況、工作電壓等。6）支持虛擬網(wǎng)絡(luò)（VLAN）標(biāo)準(zhǔn)來控制廣播域和網(wǎng)段流量，可以提高網(wǎng)絡(luò)性能、安全性和可管理性。7）端口：2個(gè)100M光口，6個(gè)100M電口。8）總線：4路RS485總線。9）備用電池：交流中斷的情況下

7、實(shí)現(xiàn)不間斷投入；時(shí)間大于4個(gè)小時(shí)。10）井下、地面相關(guān)設(shè)備端口出現(xiàn)異常，交換機(jī)自動(dòng)通過短信息等形式報(bào)警到監(jiān)控PC機(jī)（同時(shí)提供聲音報(bào)警）11）重量：105kg。2、KJ693-F1本安型無線傳輸分站基于ARM內(nèi)核的32位嵌入式微控制器為核心的嵌入式控制設(shè)備，可掛接多種傳感器，具有2.4GHz無線及RS485通信功能，及時(shí)將監(jiān)測到的各種頂板狀態(tài)參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)傳送到地面中心站，并執(zhí)行中心站發(fā)出的各種初始化設(shè)置命令。1）工作電源：(9.025.0)V DC2）工作電流：200mA3）接入傳感器容量：RS485方式：不小于64臺(tái)。Zigbee方式：不小于100臺(tái)。4）顯示方式：液晶顯示5）RS485通信

8、速率主通訊：2400bps從通訊：2400bps/9600bps6) 無線通信方式傳輸方式：zigbee；發(fā)射頻率：2.40 GHz2.4835 GHz；發(fā)射功率：8 dBm；接收靈敏度：-80 dBm；7）遙控設(shè)置3、GPD60礦用本安型無線壓力傳感器GPD60礦用本安型無線壓力傳感器主要有壓力敏感元件和變送器組成，傳感器采用鋰電池供電，由智能處理單元將壓力值計(jì)算出來并由數(shù)碼管顯示出來，同時(shí)通過2.4G無線自組網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送至上級(jí)監(jiān)測分站，然后經(jīng)過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳送至地面監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)顯示。主要監(jiān)測工作面液壓支架工作阻力以及單體液壓支柱工作阻力。1）工作電壓：(33.8)VDC 2）工作電流：50

9、mA 3）測量范圍：060MPa，分辨率：0.1MPa 4）測量誤差：1.0FS 5）與上級(jí)分站傳輸方式：2.4G無線通訊信號(hào)6）單級(jí)無線信號(hào)傳輸距離：50米（工作面內(nèi)）7）傳感器采用4位數(shù)碼管顯示 8）傳感器零點(diǎn)、線性、報(bào)警點(diǎn)可調(diào) 9）傳感器具有聲光報(bào)警功能 10）防爆形式：本質(zhì)安全型ExiblMb4、KZC24礦用本安型信號(hào)轉(zhuǎn)換器1）工作電壓：9.024VDC2）無線節(jié)點(diǎn)容量1003）與上級(jí)交換機(jī)傳輸方式：RS485有線傳輸4）與下級(jí)傳感器傳輸方式：2.4G無線傳輸5）轉(zhuǎn)換器采用OLED顯示6）無線通信距離：50米7）RS485有線通信距離：2km8) 防爆形式：本質(zhì)安全型 Exibl M

10、b5、GUW300W礦用本安型無線圍巖移動(dòng)傳感器GUW300W礦用本安型無線圍巖移動(dòng)傳感器采用鋰電池供電，當(dāng)井下圍巖發(fā)生離層位移時(shí)，固定在測量孔內(nèi)的細(xì)鋼絲繩帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)角度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出位移電壓信號(hào)，經(jīng)過高精度的電壓采樣及數(shù)字信號(hào)變換處理，由智能處理單元將圍巖位移量計(jì)算出來并由數(shù)碼管顯示出來，同時(shí)通過2.4G無線自組網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送至上級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng)過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳送至地面監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)顯示。主要用于煤礦巷道或工作面的頂板及圍巖內(nèi)部離層傳感檢測，也可以用于巖土工程內(nèi)部離層傳感檢測。1）工作電壓：(2.63.8)VDC2）工作電流：40mA3）測量范圍：0300mm，分辨率：1m

11、m4）測量誤差：2.0FS5）與上級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換器傳輸方式：2.4G無線通訊信號(hào)6）單級(jí)無線信號(hào)傳輸距離：100米7）傳感器采用4位數(shù)碼管顯示，其中3位顯示測量值，1位為功能狀態(tài)顯示8）傳感器零點(diǎn)、線性、報(bào)警點(diǎn)可調(diào)9）傳感器具有聲光報(bào)警功能10）傳感器具有遙控器調(diào)校功能11）防爆形式：本質(zhì)安全型ExiblMb6、GMY400W礦用本安型無線錨桿（索）應(yīng)力傳感器GMY400W礦用本安型無線錨桿（索）應(yīng)力傳感器主要由傳感器本體和變送器組成，傳感器由鋰電池供電，采用應(yīng)變測量技術(shù)，測量錨桿/索載荷應(yīng)力，傳感器將應(yīng)力傳遞到應(yīng)變體上產(chǎn)生變形，應(yīng)變計(jì)將變形量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，由變送器顯示并通過2.4G無線自組網(wǎng)通

12、訊網(wǎng)絡(luò)傳送至上級(jí)監(jiān)測信號(hào)轉(zhuǎn)換器。主要用于煤礦巷道頂板及兩幫錨桿或錨索受力監(jiān)測，也可以用于巖土工程錨桿、錨索應(yīng)力監(jiān)測。1）工作電壓：(2.63.8)VDC2）工作電流：40mA3）測量范圍：0400KN，分辨率：1KN 4）測量誤差：2.0FS 5）與上級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換器傳輸方式：2.4G無線通訊信號(hào)6）單級(jí)無線信號(hào)傳輸距離：100米7）傳感器采用4位數(shù)碼管顯示，其中3位顯示測量值，1位為功能狀態(tài)顯示 8）傳感器零點(diǎn)、線性、報(bào)警點(diǎn)可調(diào) 9）傳感器具有聲光報(bào)警功能 10）傳感器具有遙控器調(diào)校功能 11）防爆形式：本質(zhì)安全型ExiblMb 7、GUJ60礦用本安型頂?shù)装逡平考す鈧鞲衅?）工作電壓：(92

13、5)VDC2）測量范圍：（ 060）m3）測量范圍在（0X10）m內(nèi)，其分辨率應(yīng)不低于0.0001m；測量范圍在（10X60）m內(nèi)，其分辨率應(yīng)不低于0.001m。4）測量范圍在（0X10）m內(nèi)，其測量誤差為(1.0 mm + 510-5 D)；測量范圍在（10X60）m內(nèi)，其測量誤差為(1.5 mm + 510-5 D)，D表示測量距離。5）傳感器采用6位數(shù)碼管顯示，其中5位顯示測量值，1位為功能狀態(tài)顯示6）傳感器零點(diǎn)、線性、報(bào)警點(diǎn)可調(diào)7）信號(hào)傳輸方式：RS4858) 通信距離：2km9）防爆形式：本質(zhì)安全型 Exibl Mb2 監(jiān)測方案2.1 工作面生產(chǎn)條件2.2監(jiān)測內(nèi)容（一）采煤工作面1.

14、監(jiān)測端頭支柱的工作阻力，為保障端頭支護(hù)穩(wěn)定性和安全性提供依據(jù)，并為確定最優(yōu)的端頭方式及參數(shù)提供基礎(chǔ)。2.分段監(jiān)測工作面內(nèi)支柱的工作阻力變化規(guī)律，為評(píng)價(jià)支柱支護(hù)效果、支柱對(duì)該類頂板的適應(yīng)性以及頂板來壓規(guī)律提供依據(jù)。3.根據(jù)煤巖層的賦存特點(diǎn)和物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行布點(diǎn)方式研究，提出能夠滿足工程安全與技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)上最省布點(diǎn)方式，給出針對(duì)不同類型圍巖的布點(diǎn)方式、布點(diǎn)參數(shù)、測點(diǎn)間距等的參照表。4.監(jiān)測工作面內(nèi)頂?shù)装逡平俊?.監(jiān)測兩巷壓力和頂?shù)装?、兩幫移近量。（二）掘進(jìn)磧頭1.掌握巷道圍巖動(dòng)態(tài)及其礦壓規(guī)律。2.檢驗(yàn)巷道設(shè)計(jì)及施工工藝的合理性，為優(yōu)化巷道設(shè)計(jì)和合理確定支護(hù)時(shí)機(jī)提供科學(xué)依據(jù)。3. 通過礦壓顯現(xiàn)

15、規(guī)律總結(jié)分析，為采區(qū)工程設(shè)計(jì)及開采程序優(yōu)化提供全面參考。2.3 系統(tǒng)要求2.3.1 礦壓觀測硬件要求1.系統(tǒng)硬件、軟件、布點(diǎn)設(shè)計(jì)等符合國家相關(guān)規(guī)定要求。2.設(shè)備避雷性能良好。3.數(shù)據(jù)采集盡量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無人化。2.3.2 礦壓觀測軟件要求1.系統(tǒng)軟件能與礦山自動(dòng)化系統(tǒng)兼容共享。2.地面計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)顯示監(jiān)測參數(shù)、報(bào)警。3.井下現(xiàn)場顯示數(shù)據(jù)。4.監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄存儲(chǔ)。5.連續(xù)監(jiān)測曲線顯示、分析。6.歷史數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表輸出。7.綜合分析及頂板安全評(píng)估分析。8.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息提供導(dǎo)出導(dǎo)入備份恢復(fù)。9.局域網(wǎng)用戶Web訪問模式在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測。2.4 監(jiān)測方法1、綜采工作面頂板監(jiān)測方法綜采工作面安裝KJ693

16、頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測工作面液壓支架受力狀態(tài)，了解工作面頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握初次來壓和周期來壓時(shí)間、來壓步距、來壓強(qiáng)度，對(duì)支架初撐力、末阻力、初撐力合格率、末阻力利用率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)在支架故障時(shí)報(bào)警，為工作面來壓及日常生產(chǎn)時(shí)采取相應(yīng)的安全措施提供指導(dǎo)。2、掘進(jìn)及運(yùn)輸巷道圍巖監(jiān)測方法錨桿受力監(jiān)測：通過錨桿應(yīng)力傳感器監(jiān)測巷道頂?shù)装邋^桿受力變化與分布，可比較全面了解錨桿的工作狀況，判斷錨桿是否發(fā)生屈服和破斷，評(píng)價(jià)巷道圍巖的穩(wěn)定性和安全性，以及錨桿支護(hù)是否合理，為支護(hù)參數(shù)修改、設(shè)計(jì)提供依據(jù)。頂板離層監(jiān)測：通過圍巖移動(dòng)傳感器監(jiān)測巷道頂板離層情況，了解上下巷道頂板在礦山壓力影響下的破壞程度以及是否有頂板冒

17、落等危險(xiǎn)發(fā)生的可能，以便于及時(shí)采取有針對(duì)性的措施處理。巷道表面位移監(jiān)測：通過礦用本安型頂?shù)装逡平考す鈧鞲衅鞅O(jiān)測巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭褪湛s量，了解巷道上下巷道頂板在礦山壓力影響下的變形破壞程度以及變形速度，以便于及時(shí)采取有針對(duì)性的措施處理。以上監(jiān)測手段同時(shí)輔助于工作面壓力動(dòng)態(tài)監(jiān)測從而得到更加準(zhǔn)確的工作面壓力分布規(guī)律及頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為礦井安全生產(chǎn)提供保障。2.5測點(diǎn)布置1、3 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)1）系統(tǒng)分站容量 ：64臺(tái)2）系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)： 1000（各類傳感器總數(shù)）3）系統(tǒng)通訊距離: 分站至通訊接口的距離10km分站至環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的距離5km分站至傳感器最大距離2km；4）巡測周期 ：30秒5）通訊

18、速率;24009600BPS4 地面中心站功能4.1 軟件運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測服務(wù)器操作系統(tǒng): Windows 2000、Windows2003、Windows7數(shù)據(jù)庫平臺(tái)： SQLserver2000、SQLserver 2005、SQLserver20084.2 數(shù)據(jù)采集功能（1）具有液壓支架壓力、巷道離層、錨索（桿）受力顯示及報(bào)警功能。（2）井下傳感器具有數(shù)據(jù)采集、顯示，參數(shù)超限時(shí)發(fā)出報(bào)警提示功能。（3）具有在線分站參數(shù)設(shè)置、修改功能。（4）連續(xù)監(jiān)測曲線顯示：支持服務(wù)器端和客戶端的歷史曲線。（5）歷史數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表輸出：歷史數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)間查詢歷史曲線查詢和輸出統(tǒng)計(jì)分析輸出標(biāo)準(zhǔn)綜合分析報(bào)表。（6）系統(tǒng)支持基于OPC接口模式和 FTP模式的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟件集成和數(shù)據(jù)共享。（7）網(wǎng)絡(luò)用戶Web訪問模式在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測。（8）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息共享。（9）監(jiān)測日?qǐng)?bào)網(wǎng)上報(bào)表。4.3 軟件專家分析模塊功能（1）綜合分析及頂板安全評(píng)估分析。（2）工作面支架循環(huán)工作阻力分析。（3）測線（或上、中、下部）頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析。（4）工作面頂板壓力分布分析。分析工作面頂板壓